تطبیق ویژگی های طیفی و زمانی لیزرهای نانوسیم نیمه هادی

به عنوان بخش مهمی از تحقیقات نانوفوتونیک، لیزرهای نانوسیمی نور منسجمی را در مقیاس نانو تولید می‌کنند که بسته به فاصله باند مواد، محدوده طیفی عظیمی را پوشش می‌دهد. در این بررسی، فیزیک اساسی که طول موج و دینامیک انتشار آن‌ها را تعیین می‌کند، توضیح داده می‌شود که مسیری را به سمت بهبود کارآمد دستگاه‌ها از نظر تنظیم‌پذیری انرژی انتشار و تسریع دینامیک انتشار موقت آن‌ها ترسیم می‌کند.

لیزرهای نانوسیمی

لیزرهای نانوسیم نیمه هادی، لیزرهایی در مقیاس نانو هستند که می توانند بر روی تراشه ها تعبیه شوند و پیشرفتی برای برنامه های محاسباتی و پردازش اطلاعات به شمار می روند. لیزرهای نانوسیمی مانند هر دستگاه لیزر دیگری، منابع نوری منسجم (مدیریت های نوری تک حالته) هستند و مزیت آن این است که در مقیاس نانو کار می کنند. لیزرهای نانوسیمی که توسط اپیتاکسی پرتو مولکولی ساخته شده اند، امکان ادغام مستقیم روی سیلیکون و ساخت اتصالات نوری و ارتباطات داده در مقیاس تراشه را ارائه می دهند. لیزرهای نانوسیمی از ساختارهای ناهمسان نیمه هادی III-V ساخته شده اند. پیکربندی منحصربه‌فرد 1 بعدی و ضریب شکست بالای آن‌ها امکان تلفات نوری و گردش مجدد در ناحیه هسته فعال نانوسیم را فراهم می‌کند. این کار اندازه لیزرهای زیرموجی فقط چند صد نانومتر را امکان پذیر می کند.[1][2] نانوسیم‌ها حفره‌های تشدیدکننده فابری-پرو هستند که توسط وجه‌های انتهایی سیم تعریف می‌شوند، بنابراین مانند لیزرهای معمولی برای وجوه با بازتاب بالا نیازی به پرداخت یا برش ندارند.[3]

خواص

لیزرهای نانوسیمی را می‌توان به‌صورت انتخابی روی ویفرهای Si/SOI با تکنیک‌های MBE معمولی رشد داد و کیفیت ساختاری بکر و بدون نقص را فراهم می‌کند. نشان داده شده است که لیزرهای نانوسیمی با استفاده از سیستم‌های نیترید گروه III و مواد ZnO در نور مرئی و فرابنفش ساطع می‌کنند، اما مادون قرمز در 1.3-1.55 میکرومتر برای باندهای مخابراتی مهم است.[4] لیزر در آن طول موج ها با حذف نانوسیم از بستر سیلیکونی به دست آمده است.[5] لیزرهای نانوسیمی مدت زمان پالس را کمتر از 1 ثانیه نشان داده‌اند، [6] و نرخ‌های تکرار بیشتر از 200 گیگاهرتز را فعال می‌کنند.[7][8] همچنین، لیزرهای نانوسیمی نشان داده‌اند که اطلاعات فاز یک پالس را در زمانی که با جفت‌های پالس بعدی برانگیخته می‌شوند، بیش از 30 ثانیه ذخیره می‌کنند. بنابراین لیزرهای حالت قفل شده در مقیاس نانو با چنین تنظیماتی امکان پذیر است.

لیزرهای نانوسیم نیمه هادی

لیزرهای نانوسیم نیمه هادی ساختاری شبه یک بعدی دارند که قطر آن از چند نانومتر تا چند صد نانومتر و طول آن از صدها نانومتر تا چند میکرون متغیر است. پهنای نانوسیم ها به اندازه ای بزرگ است که اثر اندازه کوانتومی را نادیده می گیرد، اما آنها موجبرهای یک بعدی با کیفیت با سطح مقطع استوانه ای، مستطیلی، مثلثی و شش ضلعی هستند. ساختار شبه یک بعدی و انعکاس بالای لیزر نانوسیمی باعث شده است که دارای موجبر نوری خوب و توانایی محصور کردن نور باشد. لیزرهای نانوسیمی از نظر مکانیسم شبیه به حفره Fabry-Pérot هستند.[27] بازتاب بالای نانوسیم و وجه‌های صاف سیم یک حفره تشدید خوبی ایجاد می‌کند که در آن فوتون‌ها را می‌توان بین دو سر نانوسیم متصل کرد تا انرژی نور را به جهت محوری نانوسیم محدود کند، بنابراین شرایط تشکیل لیزر را برآورده می‌کند. .[8][28][29][30] نانوسیم‌های چند ضلعی می‌توانند حفره‌ای تقریباً دایره‌ای در سطح مقطع ایجاد کنند که از حالت Whispering-gallery پشتیبانی می‌کند.